题目内容

【题目】如图,四棱锥,侧面是边长为2的正三角形,且平面平面,底面是的菱形, 为棱上的动点,且.

(Ⅰ)求证: ;

(Ⅱ)试确定的值,使得二面角的平面角余弦值为.

【答案】(Ⅰ)证明见解析;(Ⅱ) .

【解析】试题分析:

(Ⅰ) 取的中点,连结,可得, ,从而平面,所以,又,所以. (Ⅱ)根据题意可得两两垂直,建立空间直角坐标系,求得平面和平面的法向量,根据法向量的余弦值的绝对值为可求得,从而可得结论.

试题解析:

(Ⅰ)取的中点,连结,由题意可得, 均为正三角形,

所以, ,

又,

所以平面,

又平面,

所以.

因为,

所以.

(Ⅱ)由(Ⅰ)可知.

又平面平面,平面平面, 平面,

所以平面.

故可得两两垂直,以为原点,建立如图所示的空间直角坐标系,

则, , , ,

所以 ,

由,可得点的坐标为,

所以, ,

设平面的一个法向量为,

由,可得,

令,则,

又平面的一个法向量为,

由题意得,

解得或(舍去),

所以当时,二面角的余弦值为.

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